Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II | Kapitola 2
Seznam kapitol
Proč nejsou 60GB SSD uložiště stejně výkonná jako jejich 240GB bratříčci? Co je to package, die, Toggle-Mode NAND, kanál a jak funguje prokládání dat? Jak technologie výroby ovlivňuje životnost a výkon NAND flash čipů? Jaký je výkon přídavných SATA řadičů na základních deskách? I to jsou otázky, na které si odpovíme v druhé části článku o SSD.
V minulém dílu tohoto článku jsem se zabýval NAND flash čipy pouze obecně. Řekli jsme si, že se dělí na SLC, MLC a TLC podle bitové datové velikosti jedné buňky. U této otázky jsem jen nezmínil, že stejně, jako mají MLC typy menší výkon než SLC, mělo by to tak být i v porovnání MLC a TLC. I proto možná výrobci stále čekají a vymýšlí s uvedením prvních SSD s TLC moduly. Stejně jako je u SLC NAND potřeba přibližně dvakrát více prostoru na stejný objem dat, je podobný rozdíl i mezi MLC a TLC NAND. Platí tak, že při stejné velikosti čipu je ten SLC datově čtyřikrát menší než TLC.
Takové rozdělení je základ. Víme tím, že paměti v SSD v sobě mají obrovské množství paměťových buněk (cells) a každá má schopnost vydržet určitý počet zápisů. Toto číslo není přesně dané, je určeno průměrně podle testování buněk výrobci. Před dalšími řádky je potřeba upozornit, že se od teď budeme bavit pouze o MLC (Multi-Level Cell) NAND flash pamětech, které se používají do všech aktuálních uživatelských (consumer) SSD.
Například u aktuálně nejvíce používaných 25nm Intel / Micron čipů je udávána životnost 5000 / 3000 zápisů. Ač IMFT (Intel-Micron Flash Technologies) jako společnost vyrábí v podstatě ty samé moduly jak pro Intel, tak pro Micron, existují podle všeho dva různé typy testování výdrže. Intel proto u svých modelů (např. v Kingston HyperX) uvádí až 5000 tisíc zápisů, Micron u specifikačně stejných NAND udává „pouze“ 3000. Jak jsme si ale napsali a otestovali minule, při běžném uživatelském používání, pro které jsou tyto čipy vyráběny, jsou i tato čísla nedosažitelná. Buňku běžným užíváním SSD s dodržením alespoň 10 procent místa nepřepíšeme za morální život disku ani tisíckrát.
Ale vraťme se k samotné výrobě a jejím technologiím. Jak jsme se přesvědčili při přechodu z 34nm výroby na aktuální 25nm, snižuje se výdrž buněk. U 34nm výroby byla až okolo 10 tisíc zápisů, nyní je to u 25nm výroby maximálně polovina, spíše ještě méně. Zatím to není nic, čeho bychom se měli bát. Kladů je totiž mnohem více. Je to třeba nižší spotřeba pamětí, která však není tím hlavním bonusem. Nejdůležitější je nižší výrobní cena při stejné velikosti datového prostoru (tedy menší plocha čipu). Jelikož se cena SSD odvíjí od ceny NAND flash čipů, je zmenšení výrobního procesu zatím pozitivní směr vývoje. Do budoucna se ale bude muset najít způsob, jak zamezit snižování počtu zápisů. Takový způsob už Intel naznačil o nových 20nm čipů. Podrobnosti si však necháme do některého z dalších článků, až o zmiňovaných pamětech bude více informací.
Může nám přijít, že NAND flash čipy, které vidíme u moderních SSD se v podstatě neliší od těch, které byly vyráběny 34nm nebo ještě větší výrobou. Jenže těm stejným černým připájeným obdélníčkům na základní desce SSD se říká NAND flash čipy možná trochu nepřesně. Jedná se o takové zobecnění, které většině uživatelů bohatě stačí. Když už, tak bychom v tomto případě měli používat spojení NAND paměti (NAND devices). Ale ani takové zobecnění nám dnes stačit nebude. Jsou to totiž pouze NAND pouzdra nebo také balíčky (NAND packages), ve kterých se NAND čipy (NAND die) nachází. Nižší výrobní proces tak nepřinese obecně menší pouzdra, ale menší čipy v nich, kterých se tam tak vejde více nebo stejný počet o větší datové velikosti. Všimnout si u moderních pouzder můžeme jiné změny, a to výšky. S menším výrobním procesem totiž neklesá jen velikost plošná, ale i třetí rozměr, tedy výška. A pro představu, případ maximálně minimalizovaného pouzdra pro NAND flash čip je například microSD karta.
Obrázek společnosti Intel nám ukazuje, jak si můžeme velikostně představit NAND čipy při zmenšování výrobního procesu. Intel s Micronem totiž už v těchto dnech rozjíždí sériovou výrobu 20nm NAND flash, což přinese opět posun v ceně (bude nižší) a velikosti (budou větší) SSD disků. To se sice obecně týká všech typů NAND flash pamětí, ale opět chci upozornit, že se stále bavíme pouze o MLC NAND flash. To je důležité hlavně v tom, že SLC čipy jsou při stejné výrobě skoro dvakrát větší, TLC zase ještě menší.
Zásadní informace je proto ta, že NAND pouzdro (NAND package) není NAND čip, ale pouze řekněme malá připájená krabička na základní desce, ve které jsou NAND čipy (die) schovány (může tam být i pouze jeden). A teď přijde matematika. Pokud jste se minule naučili poznat podle číslování, co se v NAND pouzdře skrývá, viděli jste v tabulce pojem density, což je hustota, tedy jaká je vnitřní datová velikost.
Pro další část článku je důležité, kolik je v daném pouzdře NAND čipů (die). Například ve 128Gbit NAND pouzdře od Micronu, na kterém jsme si vysvětlovali číslování minule, se nacházely dva NAND čipy (die) (podle písmena F a porovnání s tabulkou), každý o velikosti 64 Gbit. Proč jsou větší modely SSD výkonnější?
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
